Question

18．茶叶中含有多种有益于人体健康的有机成分及钙、铁等微量金属元素，某化学研究性学习小组设计方案用以测定某品牌茶叶中钙元素的质量分数并检验铁元素的存在（已知CaC₂O₄为白色沉淀物质）．首先取200g茶叶样品焙烧得灰粉后进行如下操作：

请回答下列有关问题：
（1）文献资料显示，某些金属离子的氢氧化物完全沉淀的pH为：

离子	Ca2+	Fe3+
完全沉淀时的pH	13	3.7

实验前要先将茶叶样品高温灼烧成灰粉，需用到的仪器有①③④⑤．
①酒精灯 ②蒸发皿 ③坩埚 ④泥三角 ⑤三脚架 ⑥铁架台
（2）写出从滤液A→沉淀D的离子反应方程式的是Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（3）为保证实验精确度，沉淀D及E需要分别洗涤，并将洗涤液转移回母液中，试判断沉淀D已经洗涤干净的方法是向最后一次洗涤少许与试管中，滴加碳酸钠溶液，若无沉淀产生，说明洗净．
（4）用KMnO₄标准溶液滴定C溶液时所发生的反应为：
5C₂O${\;}_{4}^{2-}$+2MnO${\;}_{4}^{-}$+16H^-═10CO₂↑+2²⁺+8H₂O．
现将滤液C稀释至500mL，再取其中的25.00mL溶液，用硫酸酸化后，用0.1000
mol•L^-1的KMnO₄标准溶液滴定，终点时消耗KMnO₄溶液10.00mL．
①此步操作过程中一定需要用到下列哪些仪器（填写序号）B、C、D； 

②达到滴定终点时，溶液的颜色变化是无色变为紫色或高锰酸钾溶液不褪色；
③滴定到终点，静置后，如图读取KMnO₄标准溶液的刻度数据，则测定的钙元素含量将偏高 （填“偏高”、“偏低”、“无影响”）．
（5）可以通过检验滤液A来验证该品牌茶叶中是否含有铁元素，所加试剂及实验现象是KSCN溶液，溶液呈红色．
（6）原茶叶中钙元素的质量分数为0.2%．

Answer 1

分析 （1）高温灼烧物质通常在坩埚内进行，据此选择；
（2）滤液A中含有铁离子，铁离子与氨水反应生成氢氧化铁沉淀，注意一水合氨为弱电解质，需要保留分子式；
（3）若氢氧化铁沉淀没有洗涤干净，氢氧化铁中会混有钙离子，可以使用碳酸钠溶液检验；
（4）①根据配制一定物质的量浓度的溶液方法及滴定操作方法选择使用的仪器；
②根据滴定结束前溶液为为无色，滴定结束时高锰酸钾溶液溶液过量进行解答；
③俯视液面导致滴定管中读数偏小，读出的高锰酸钾溶液体积偏小，计算出的钙离子消耗的草酸根离子物质的量偏大，测定结果偏高；
（5）根据检验铁离子遇到硫氰根离子溶液显示红色进行解答；
（6）根据滴定消耗高锰酸钾的物质的量计算出与钙离子反应剩余的草酸根离子的物质的量，再根据醋酸铵的总的质量及样品质量计算出钙离子的质量分数，注意滴定体积与样品体积的关系．

解答 解：（1）高温灼烧物质通常在坩埚内进行，要用到酒精灯、坩埚、泥三角、三脚架等，故答案为：①③④⑤；
（2）滤液中含有铁离子，铁离子与氨水反应生成红褐色的氢氧化铁沉淀，反应的离子方程式为Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，
故答案为：Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（3）检验氢氧化铁沉淀中是否洗涤干净，可以通过检验氢氧化铁中是否混有钙离子进行判断，方法为：向最后一次洗涤少许与试管中，滴加碳酸钠溶液，若无沉淀产生，说明洗涤干净，
故答案为：向最后一次洗涤少许与试管中，滴加碳酸钠溶液，若无沉淀产生，说明洗净；
（4）①将滤液C稀释至500mL时需要使用到容量瓶，滴定操作中需要使用滴定管和锥形瓶，即B、C、D正确，
故答案为：B、C、D；
②滴定结束之前溶液为无色，滴定结束时高锰酸钾溶液过量，溶液变为紫色，所以滴定终点颜色变化为：无色变为紫色或高锰酸钾溶液不褪色，
故答案为：无色变为紫色或高锰酸钾溶液不褪色；
③滴定到终点，静置后，如图3读取KMnO₄标准溶液的刻度数据，导致读数偏小，计算出的消耗的高锰酸钾溶液体积偏高，计算出的钙离子消耗的草酸根离子物质的量偏高，则测定的钙元素含量将偏高，
故答案为：偏高；
（5）滤液A中含有铁离子，可以通过检验滤液A来验证该品牌茶叶中是否含有铁元素，方法为：取少量的滤液A，滴入硫氰化钾溶液，溶液变成红色，证明溶液中存在铁离子，也证明离子茶叶中含有铁元素，
故答案为：KSCN溶液，溶液呈红色；
（6）7.44g草酸铵的物质的量为：$\frac{7.44g}{124g/mol}$=0.06mol，根据反应5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O可知与钙离子反应的草酸根离子的物质的量为：0.06mol-$\frac{5}{2}$×（0.10mol•L^-1×0.01L）×$\frac{500mL}{25mL}$=0.01mol，根据化学式CaC₂O₄可知钙离子的物质的量为0.01mol，所以样品中钙离子的质量分数为：$\frac{40g/mol×0.01mol}{200g}$×100%=0.2%，
故答案为：0.2%．

点评 本题考查了探究茶叶中铁元素、钙元素的含量的方法及性质实验方案的设计，题目难度较大，注意掌握性质实验方案的设计方法，明确探究物质组成及含量的方法，试题培养了学生灵活应用所学知识解决实际问题的能力．